A. PECHOVÁ, L. PAVLATA
Fakulta veterinárního lékařství Veterinární a farmaceutické univerzity Brno
Veterinářství 2008;58:30-32.
SOUHRN
Pechová A., Pavlata L. Zdravotní aspekty použití glycerolu ve výživě dojnic.
V posledních letech vrůstá zájem o využívání glycerolu jako krmného aditiva především díky jeho nízké ceně a vysoké nabídce, protože je získáván jako zbytkový produkt při výrobě metylesteru z řepkového oleje. Glycerol (1, 2, 3, propantriol) je známý jako prostředek k prevenci nebo léčbě ketózy u přežvýkavců již od 50. let minulého století. Experimentální práce s glycerolem začaly být realizovány znovu teprve v 90.letech, kdy se díky zvýšenému zájmu o produkci bionafty zvýšila i nabídka glycerolu jako odpadního produktu při výrobě.Výsledky jednotlivých pokusů však nejsou jednoznačné. Cílem tohoto přehledu je shrnutí současných znalostí o tom, jakým způsobem je glycerol metabolizován v bachoru a v játrech a dále zhodnocení jeho vlivu na krevní metabolity, příjem krmiva a produkci mléka.
SUMMARY
Pechová A., Pavlata L.: Health aspects of glycerol use in nutrition of dairy cows.
Interest in glycerol employment as a feed additive has grown in recent years especially thanks to its low price and high offer because glycerol is gained as a waste product during processing of methylester from coleseed oil. Glycerol (1, 2, 3, propantriol) has been known remedy for both prevention or therapy of ketosis in ruminants since the 50´s of the last century. Experimental studies with glycerol use began to be realised again in the 1990´s when due to enhanced interest in bio-oil production, glycerol offer was also increased as a waste product during processing. Results of individual attempts are not unique though. The aim of this survey is a summary of current knowledge on glycerol metabolism in both rumen and liver including evaluation of its influence on blood metabolites, food income, and milk production.
První pokusy s použitím glycerolu jako antiketogenního prostředku byly provedeny již v 50. letech minulého století. Tyto pokusy ukazovaly, že aplikace vysokých dávek glycerolu ketózním ovcím nebo kravám rychle zlepšuje jejich zdravotní stav.1,2 Johnson2 dokonce při použití 2 kg glycerolu dosáhl lepších výsledků než při použití propylenglykolu. O 20 let později publikovali další pozitivní výsledky Fischer a kol.3, kteří podávali 400 g glycerolu denně laktujícím dojnicím. Tito autoři předpokládali, že pozitivní působení glycerolu spočívá ve zvýšení příjmu krmiva a dále ve zvýšení dostupnosti glukogenních substrátů. Ve vyšší míře začaly být experimentální práce s glycerolem realizovány znovu teprve v 90.letech, kdy se díky zvýšenému zájmu o produkci bionafty zvýšila i nabídka glycerolu jako odpadního produktu při výrobě. Výsledky pokusů z posledních let však nejsou již zdaleka tak jednoznačné jako původní práce. S cílem objasnění vlastního mechanismu působení a charakterizace případných rizik jsou proto realizovány další pokusy i v současné době, kdy je používání glycerolu v praxi velmi rozšířené.
Metabolismus glycerolu v bachoru
Glycerol je po podání ať už ve formě nálevu nebo jako součást směsné krmné dávky (TMR) metabolizován v bachoru poměrně rychle, takže za několik hodin již není v bachorové tekutině detekován. Glycerol je po příjmu fermentován bachorovou mikroflórou, dále je absorbován přímo přes stěnu bachoru a menší část přechází do dalších částí trávicího aparátu (GIT).
Rychlou metabolizaci glycerolu bachorovou mikroflórou zjistili Bergner a kol.4 užitím metody in vitro v prostředí bachorové tekutiny se škrobem (1g/150ml) jako živným médiem. Byl zjištěn 90% úbytek glycerolu do 2 hod. (při jeho 5 % koncentraci vzhledem ke škrobu) do 4 hod. (při 10% konc.) a do 6 hod. (při 15-25% konc.). Poměr acetátu a propionátu se snížil z hodnoty 3,5-4,0 na hodnotu 2,5 při 25 % konc. glycerolu (6 hod). Užitím glycerolu značeného radioizotopem 14C bylo prokázáno, že pouze 11 % glycerolu bylo metabolizováno na oxid uhličitý a zbytek radioaktivního izotopu byl nalezen v propionátu. Pouze u nejvyšší koncentrace glycerolu (25 %, 6 hod.) byl zaznamenán nárůst butyrátu.
Podle Rémonda a kol.5 je při dávce 240 g přímo v bachoru absorbováno 40-50 %, mikrobiální fermentací je degradováno 40-48 % a do dalších částí GIT přechází 10-22 %. Rychlost fermentace nebyla významněji ovlivňována dobou podávání ani typem diety. Příčinou je zřejmě to, že glycerol je fermentován bakteriemi rodu Selenomonas, které jsou součástí základní bachorové mikroflóry. Kijora a kol.6 zjistili v pokusu na býcích po nálevu 200 g glycerolu do bachoru snížení hodnoty pH a pokles poměru acetátu k propionátu. Koncentrace glycerolu v bachorové tekutině klesala v tomto pokusu velmi rychle (4,7 g/litr/hod.), přičemž do duodena se dostávalo pouze velmi malé množství glycerolu. Dále bylo prokázáno zpomalení proteinového metabolismu bachorových mikroorganismů.
Ovlivnění zastoupení jednotlivých těkavých mastných kyselin v bachorové tekutině po podání glycerolu představuje velmi důležitý aspekt metabolismu glycerolu. Výsledky původních prací týkající se metabolismu glycerolu v bachoru ukazovaly, že glycerol je v poměrně velké míře metabolizován v bachoru, přičemž stoupá zastoupení propionátu a butyrátu a klesá zastoupení acetátu. Změny v zastoupení jednotlivých TMK se liší podle různých autorů a jsou ovlivněny nejen dávkou glycerolu, ale i typem krmné dávky. Rémond a kol.5 sledovali vliv dvou dávek glycerolu (240 g a 1200 g na kus a den) při dvou typech krmné dávky, založené buďto na kukuřičné siláži nebo na seně, na bachorovou fermentaci 4 hodiny po podání. Z jejich výsledků vyplývá, že se stoupající dávkou glycerolu dochází k výraznějšímu nárůstu butyrátu ve srovnání s propionátem a současně se stoupající dávkou glycerolu výrazně klesá zastoupení acetátu. Typ krmné dávky neměl v tomto pokuse významný vliv na zastoupení jednotlivých TMK. V dalších pracích z poslední doby již nebyly zjištěny tak výrazné změny v zastoupení jednotlivých TMK, i když tendence zvýšení propionátu a butyrátu na úkor acetátu zjistili i další autoři.7,8 De Frain a kol.9 sledovali vliv dvou dávek glycerolu (430 g a 860 g na kus a den) u dojnic v peripartálním období. Zvýšení propionátu a byutyrátu se pohybovalo pouze kolem 2 mol%, ale vzhledem k tomu, že v krvi byla zjištěna zvýšená koncentrace beta-hydroxybutyrátu (BHB) uvažovali tito autoři o tom, že nízký vzestup butyrátu v bachorové tekutině mohl být ovlivněn dobou odběru vzorků.
Metabolismus glycerolu v játrech
Metabolické cesty glycerolu jsou schematicky znázorněny na obr. 1. Glycerol, který je beze změn absorbován do krve, je v játrech metabolizován přes glycerol-3-fosfát (glycerol a ATP jsou konvertovány působením glycerolkinázy) na glukózu nebo může být využit k resyntéze triacylglycerolů při nadbytku NEMK v krvi. V tomto směru lze tedy považovat glycerol za přímý prekurzor glukózy. Pokud je glycerol fermentován bachorovou mikroflórou za vzniku propionátu a butyrátu, jsou tyto kyseliny rovněž v játrech dále metabolizovány. Propionát vstupuje do citrátového cyklu přes sukcinyl-CoA a dále je metabolizován na oxalacetát, který může být využit ke glukoneogenezi nebo umožňuje vstup Acetyl-CoA vznikajícího beta-oxidací mastných kyselin do citrátového cyklu. Z hlediska energetického metabolismu pak představuje určitý problém butyrát, který při nedostatku oxalacetátu vstupuje do ketogeneze a může tak zvyšovat koncentraci beta-hydroxybutyrátu v krvi.
Z tohoto důvodu je při podávání glycerolu ketózním zvířatům zvýšené riziko prohloubení ketózy a zvýšení koncentrace beta-hydroxybutyrátu v krvi. Glukogenní potenciál glycerolu je ve srovnání s propylenglykolem nižší. Pozitivní působení glycerolu v metabolismu lze proto očekávat tehdy, pokud nebyla závažnějším způsobem narušena glukoneogeneze a v játrech je dostatek oxalcetátu.
Vliv glycerolu na vybrané parametry krve a zdravotní stav
Cílem podávání glycerolu je pozitivní ovlivnění energetického metabolismu. Proto jsou při pokusech s dotací glycerolu sledovány parametry charakterizující energetický metabolismus, tedy neesterifikované mastné kyseliny (NEMK), beta-hydroxybutyrát (BHB), glukóza a v některých pokusech rovněž inzulin. Přestože je glycerol podáván s cílem snížení stupně energetického deficitu, řada prací toto zlepšení parametrů charakterizujících stupeň narušení energetického metabolismu nepotvrdila.
De Frain a kol.9 při použití dvou dávek glycerolu 430 g a 860 g zjistili v prepartálním období tendenci zvýšení BHB a snížení inzulinu v krvi, zatímco koncentrace glukózy a NEMK nebyla suplementací glycerolu ovlivněna. V postpartálním období pak zjistili tendenci mírného snížení glukózy a zvýšení BHB. Naopak Goff a Horst10 při použití glycerolu ve vysokých dávkách (0,83; 1,66 a 2,49 kg) ve formě nálevu pomocí jícnové sondy zjistili zvýšení koncentrace glukózy v krvi se stoupající dávkou glycerolu (o 16 %, 20 % a 25 %) za 30 minut po podání. Toto výrazné zvýšení glukózy v krvi bylo způsobeno pravděpodobně tím, že při vysoké dávce glycerolu bylo rychle absorbováno větší množství glycerolu přes bachorovou stěnu a v játrech byl glycerol využit k syntéze glukózy. Při srovnání vlivu podávání propylenglykolu (300 ml) a glycerolu (500 ml) zjistili vyšší koncentraci BHB v krvi také Pechová a kol.11 Vyšší stupeň přímé absorpce glycerolu při podání ve formě nálevu potvrdili Linke a kol.,7 kteří podávali 800 g glycerolu ve formě nálevu nebo jako součást krmné dávky a zjistili vyšší koncentraci glukózy i inzulinu v krvi při aplikaci ve formě nálevu. Nicméně tito autoři zjistili při obou formách podání zvýšení molárního procenta butyrátu a koncentrace BHB v krvi. Zvýšení glukoneogenicity glycerolu lze tedy očekávat při zvýšení podílu přímo absorbovaného glycerolu, ale zvýšení produkce butyrátu v bachoru je nutno považovat vždy za rizikové, protože butyrát se hlavním měrou podílí na vzniku alimentární ketogeneze.
Z praktického hlediska je proto vhodné před a po zařazení glycerolu do krmné dávky provést kontrolu koncentrace beta-hydroxybutyrátu v krvi, zda nedojde k jeho významnému zvýšení. Použití glycerolu jako nálevu při terapii klinické ketózy je pak z tohoto pohledu problematické a přesto, že může mít pozitivní vliv na glukoneogenezi, díky vyšší přímé absorpci, může představovat produkce butyrátu v bachoru určité riziko.
Vliv glycerolu na produkci mléka a příjem krmiva
Předpokládaný pozitivní vliv působení glycerolu na příjem sušiny spočívá ve zvýšení chutnosti krmné dávky, protože glycerol je sladká sirupovitá kapalina, kterou dojnice ochotně přijímají. Staufenbiel a kol.12 dokonce na základě dlouhodobého pokusu u dojnic dospěli k závěru, že hlavní efektivita podávání glycerolu spočívá ve zvýšení příjmu sušiny. Tito autoři srovnávali efektivitu použití glycerolu (310 g) a propylenglykolu (250 g) a jediný signifikantní rozdíl mezi dojnicemi byl v příjmu sušiny. Dojnice, které dostávaly glycerol, přijímaly ve 2. – 8. týdnu laktace o 1,2 kg více sušiny (22,2 kg vs. 21,0 kg) a v 9.-14. týdnu o 1,4 kg více sušiny (25,2 kg vs. 23,8 kg). Produkce mléka i stupeň alterace energetického metabolismu byl u obou skupin obdobný. Výsledky jednotlivých pokusů však nejsou jednotné. V některých pokusech byl zjištěn pozitivní vliv suplementace glycerolu na produkci mléka i příjem sušiny,13,14 jiné pokusy však nezjistili ovlivnění příjmu sušiny ani produkce mléka8,16 a De Frain a kol.9 dokonce zjistili negativní vliv. Tito autoři sledovali vliv dvou dávek glycerolu (430 g, 860 g) u dojnic holštýnského plemene. Ve srovnání s kontrolní skupinou došlo u pokusných dojnic ke snížení příjmu sušiny před i po otelení. V období po otelení přijímala kontrolní skupina 17,9 kg sušiny, skupina s nižší dávkou glycerolu 17,5 kg a skupina dostávající vysokou dávku glycerolu pouze 15,8 kg sušiny/ks/den. Produkce mléka klesla u krmných dávek s přídavkem glycerolu v průměru o 3,2 kg mléka/den.
Toxicita
V dostupné literatuře nejsou popisovány případy toxického působení glycerolu na přežvýkavce.
Závěr
V období energetického deficitu u dojnic, který je častý především v peripartálním období, představuje glycerol vhodnou alternativu pro preventivní podání. Výhodou glycerolu je jeho sladká chuť, díky které je dobře přijímán dojnicemi a předpokládá se zvýšení příjmu sušiny dojnicemi především v období rozdojování, které je z hlediska vzniku energetického deficitu kritické. Určitým rizikem je vyšší stupeň metabolizace glycerolu v bachoru, kdy dochází ke snížení produkce acetátu a naopak zvýšení produkce propionátu, případně butyrátu. Tento posun v zastoupení TMK představuje riziko vzniku subklinické bachorové acidózy se všemi jejími negativními důsledky. Další riziko představuje zvýšení produkce butyrátu v bachoru s následným nárůstem BHB v krvi. Z tohoto důvodu je při podávání glycerolu ketózním zvířatům určité riziko prohloubení ketózy a zvýšení koncentrace beta-hydroxybutyrátu v krvi. Glukogenní potenciál glycerolu je ve srovnání s propylenglykolem nižší. Pozitivní působení glycerolu v metabolismu lze proto očekávat tehdy, pokud nebyla závažnějším způsobem narušena glukoneogeneze a v játrech je dostatek oxalacetátu. Doporučitelná dávka pro preventivní podávání glycerolu je 300-500 ml na kus a den. Vzhledem k tomu, že faktory, které ovlivňují množství produkovaného butyrátu a snížení pH bachorové tekutiny nejsou přesně známé, je vhodné při využívání glycerolu jako krmného aditiva provést kontrolní vyšetření bachorové tekutiny (pH, TMK) a krve (BHB) u dojnic před a po zařazení glycerolu do krmné dávky, aby bylo možno kvalifikovaně posoudit případná zdravotní rizika. Z hlediska ekonomické efektivity je obdobně jako u podávání propylenglykolu vhodné zhodnotit stupeň lipomobilizace u dojnic a potřebu zařazení tohoto aditiva do krmné dávky.
Práce vznikla v rámci řešení výzkumného záměru MŠMT ČR MSM6215712402.
Literatura
1. Griffiths W. R. Treatment of pregnancy toxaemia in ewes by oral administration of glycerol. Vet. Rec. 1952;64:734.
2. Johnson R. B. The treatment of ketosis with glycerol and propylene glycol. Cornell Vet. 1955;44:6-21.
3. Fisher L. J., Erfle J. D., Lodge G. A., Sauer F. D. Effects of propylene glycol or glycerol supplementation of diet of dairy cows on feed intake, milk yield and composition, and incidence of ketosis. Can. J. Anim. Sci. 1973;1:721-727.
4. Bergner H., Kijora C., Ceresnakova Z., Szakacs J. In vitro studies on glycerol transformation by rumen microorganisms. Arch. Tierernahr. 1995;48:245-56.
5. Rémond B., Souday E., Jouany J. P.In vitro and in vivo fermentation of glycerol by rumen microbes. Anim. Feed Sci. Technol. 1993;41:121-132.
6. Kijora C., Bergner H., Gotz K. P., Bartelt J., Szakacs J., Sommer A. Research note: investigation on the metabolism of glycerol in the rumen of bulls. Arch. Tierernahr. 1998;51:341-348.
7. Linke P. L., DeFrain J. M., Hippen A. R., Jardon P. W. Ruminal and plasma responses in dairy cows to drenching or feeding glycerol. J. Dairy Sci. 2004:87(Suppl.1):343.
8. Khalili H., Varvikko T., Hissa K., Suvitie M. The effects of added glycerol or unprotected free fatty acids or a combination of the two on silage intake, milk production, rumen fermentation and diet digestibility in cows given grass silage based diets. Agric. Food Sci. Finland 1997;6:349-362.
9. DeFrain J. M., Hippen A. R., Kalscheur K. F., Jardon P. W. Feeding Glycerol to Transition Dairy Cows: Effects on Blood Metabolites and Lactation Performance. J.Dairy Sci. 2004;87:4195-4206.
10. Goff J. P., Horst R. L. Oral glycerol as an aid in the treatment of ketosis /fatty liver complex. J. Dairy Sci. 2001;84 (Suppl.1):153.
11. Pechova A., Pecinka P., Pavlata L., Dvorak R. The comparison of feeding propylene glycol and glycerol to fresh cows: effects on blood metabolites and rumen fermentation. In: Proceedings of the 13th International Conference Production Diseases in Farm Animals, Leipzig, Germany, July 29th-August 4th 2007, p.173.
12. Staufenbiel R., Engelhard T., Meyer A., Kanitz W. Comparison of the metabolic effects of propylene glycol and glycerine in high-producing cows in preventing ketosis. In: Proceedings of the 13th International Conference Production Diseases in Farm Animals, Leipzig, Germany, July 29th-August 4th 2007, p.173.
13. Farkasova Z., Reichel P., Fabini M., Bobus A., Kovac G. The effects of per oral administration of different form of glycerol additives on selected metabolic parameters and milk production of dairy cows. In: Proceedings of the 13th International Conference Production Diseases in Farm Animals, Leipzig, Germany, July 29th-August 4th 2007, p.169.
14. Bodarski R., Wertelecki T., Bommer F., Gosiewski S. The changes of metabolic status and lactation performance in dairy cows under feeding TMR with glycerin (glycerol) supplement at periparturient period. Elektronic J. Pol. Agric. Univ. (Anim. Husb.) 2005; 8:4
16. Rémond B., Rouel J., Ollier A. Effects of glycerol supplementation of the diet of dairy cows on milk production and some digestive and metabolic parameters. Annales de Zootechnie 1991;40:59-66.
Adresa autora:
doc. MVDr. Alena Pechová, CSc.
Klinika chorob přežvýkavců
Fakulta veterinárního lékařství
Veterinární a farmaceutická univerzita Brno
Palackého 1/3
612 42 Brno
e-mail:pechovaa@vfu.cz
